鋼結構BIM建模與計算分析

從廠房、體育館等傳統的鋼結構建筑形式，到現代住宅、別墅等一些民用建筑中，都能看到鋼結構的身影。鋼結構作為主要的建筑結構類型之一，存在著安裝便利、造價成本較低等優勢。



近年來，裝配式建筑的發展與國家政策的推廣，使得國內各省市對裝配式建筑提出了更高的要求，鋼結構作為最能實現建筑工業化的產品被重視起來。

由于裝配式建筑的預制生產和拼裝，需要鋼結構提供精確的設計與參數，因此鋼結構前期設計的要求非常高。BIM技術的引入，不僅能可視化鋼結構設計，還能利用鋼結構參數，進行各種抗震性能分析和計算統計，提高結構算量的準確性和建筑質量。



鋼結構BIM建模

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鋼結構計算分析

1.結構穩定性分析考慮因素

為了提高鋼結構抗震性能，我們需要對鋼結構進行結構穩定性分析。

結構穩定性是指結構或構件在荷載作用下，外力和內力保持平衡的狀態。判斷結構是否穩定，要看處于平衡狀態下的結構或構件，在沒有外界干擾后，是否回到初始平衡狀態的位置。能回到初始平衡位置的結構是穩定的，反之即不穩定。

下面，我們一起來看下結構內力和外力對結構產生的影響。



內力分析

結構內力指的是因荷載等作用而引起的內部產生抵抗變形的力。建筑構件通常承受的內力有軸力、剪力、彎矩、扭矩等。

1）軸力：指與桿件軸線相重合的內力。當桿件受拉時，軸力為拉力，當桿件受壓時，軸力為壓力。

2）剪力：又叫剪切力，指垂直于桿件的力。剪力會產生彎矩。對一個建筑桿件截面而言，剪力主要分布于截面中性軸。增加抗剪性能最直接的方法就是增加桿件寬度。

3）彎矩：一般由剪力產生，多余有偏向的軸力也會產生。是使建筑構件產生撓度的主要原因。主要分布在建筑桿件截面遠離中性軸的兩端。故增加抗彎最直接的方法就是增加桿件高度。

4）扭矩：造成桿件轉動的內力。由于剛度及荷載不均產生。對建筑物而言是非常不利的內力?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規程》中也規定，建筑前兩階振型中不應出現扭轉，應通過調整桿件剛度避免建筑受扭。



動力分析

結構動力研究的是結構在動力荷載作用下的振動問題。在動力荷載作用下，我們要考慮慣性力影響，和位移、內力、速度、加速度均隨時間變化的影響。在動力分析中，結構一般包塊特征值分析、反應譜分析、時程分析三大塊。

1）特征值分析也稱結構自振特性分析，主要求解結構的自振周期和振型向量。

2）反應譜分析基于振型分解反應譜理論，是一種工程上最常用的計算地震作用下結構動力響應方法，但這種方法只限于線彈性結構，彈塑性階段振型分解法不再適用。

3）時程分析包括線彈性時程分析和彈塑性時程分析兩大類，與振型分解法的主要區別在于采用實測的地震波輸入結構計算結構的響應，彈塑性時程分析具體還可分為靜力彈塑性時程分析（也稱Pushover分析）和動力彈塑性時程分析兩類。

上述結構動力分析中，特征值分析和反應譜分析比較常用。而時程分析一般僅針對重要建筑以及體型非常復雜的建筑。小震水準下可進行結構線彈性時程分析，大震水準下需要采用結構彈塑性時程分析方法。

2.結構穩定性分析方式

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